玻璃及荷载计算书.docx
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玻璃及荷载计算书
框支承采光顶玻璃设计计算书
工程所在地:
兰州,地区类型:
C,采光顶标高=5.0m
Ⅰ.设计依据:
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《建筑结构荷载规范》GB50009-2012
《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《铝合金建筑型材第1部分:
基材》GB/T5237.1-2008
《铝合金建筑型材第2部分:
阳极氧化型材》GB5237.2-2008
《平板玻璃》GB11614-2009
《半钢化玻璃》GB/T17841-2008
《建筑用安全玻璃第2部分:
钢化玻璃》GB15763.2-2005
《镀膜玻璃第1部分阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002
《镀膜玻璃第2部分低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.1-2000
《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》GB3098.2-2000
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB3098.5-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》GB3098.6-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB3098.15-2000
《建筑结构静力计算手册(第二版)》
《现代建筑装饰-铝合金玻璃幕墙与玻璃采光顶》
Ⅱ.设计方法和指标:
本工程设计采用概率极限状态设计法,根据<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2012规定
各种载荷的分项系数如下:
1.永久载荷分项系数rg:
1)当其效应对结构不利时
①对由可变荷载效应控制的组合,应取1.2;
②对由永久荷载效应控制的组合,应取1.35;
2)当其效应对结构有利时
①一般情况下应取1.0;
②对结构的倾覆、滑移或漂浮验算,应取0.9。
2.可变荷载的分项系数:
①一般情况下应取1.4;
②对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载应取1.3。
对于某些特殊情况,可按建筑结构有关设计规范的规定确定。
在设计中采用可变荷载效应控制的组合,各项的分项系数取值如下
永久载荷分项系数rg为:
1.2
风载荷分项系数rw为:
1.4
雪载荷分项系数rs为:
1.4
活载荷分项系数rq为:
1.3
在设计中采用永久荷载效应控制的组合,各项的分项系数取值如下
永久载荷分项系数rg为:
1.35
风载荷分项系数rw为:
1.4
雪载荷分项系数rs为:
1.4
活载荷分项系数rq为:
1.3
3.采光顶顶标高Z:
A类地区,在5米以下按5米计算,300以上按300算;
B类地区,在10米以下按10米计算,350以上按350算;
C类地区,在15米以下按15米计算,450以上按450算;
D类地区,在30米以下按30米计算,550以上按550算;
一、采光顶承受荷载计算
1.风荷载标准值计算:
Wk:
作用在采光顶上的风荷载标准值(kN/m2)
W0:
兰州50年一遇的风压基本值:
0.300kN/m2
根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2012取值
βgz:
瞬时风压的阵风系数,根据校核处标高取定。
βgz:
5.0m高处阵风系数(按C类区计算):
(GB50009-2012)
βgz=1+1.15×(Z/10)-0.22=2.050(15米以下按15米计算)
μz:
5.0m高处风压高度变化系数(按C类区计算):
(GB50009-2012)
μz=0.544×(Z/10)0.44(C类区,在15米以下按15米计算)
=0.544×(15.0/10)0.44=0.650
μs:
风荷载体型系数:
1.600
Wk=βgz×μz×μs×W0(5.2.2)
=2.050×0.650×1.600×0.300
=0.640kN/m2
因为Wk<=1.0kN/m2,取Wk=1.000kN/m2
2.风荷载设计值:
W:
风荷载设计值(kN/m2)
rw:
风荷载作用效应的分项系数:
1.4
按《铝门窗幕墙技术资料汇编
(一)》表3-1各种荷载分顶系数采用
W=rw×Wk=1.4×1.000=1.400kN/m2
3.雪载荷标准值计算:
Sk:
作用在采光顶上的雪荷载标准值(kN/m2)
S0:
基本雪压,兰州50年一遇最大积雪的自重:
0.150kN/m2
根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2012取值
μr:
屋面积雪分布系数为1.000
根据<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2012公式7.1.1屋面雪载荷按下式计算
Sk=μr×S0
=1.000×0.150
=0.150kN/m2
4.雪载荷设计值计算:
S:
雪载荷设计值(kN/m2)
rs:
雪载荷分项系数为1.4
按《铝门窗幕墙技术资料汇编
(一)》表3-1各种荷载分顶系数采用
S=rs×Sk
=1.4×0.150
=0.210kN/m2
5.采光顶玻璃自重荷载设计值计算:
G1、G2:
采光顶玻璃自重荷载设计值(kN/m2)
Gk:
采光顶玻璃自重标准值为0.461kN/m2
rg:
恒载荷分项系数,在可变载荷效应控制的组合中,取1.2;在永久载荷效应控制的组合中,取1.35。
按《铝门窗幕墙技术资料汇编
(一)》表3-1各种荷载分顶系数采用
(1)由可变载荷效应起控制作用时:
G1=rg×Gk
=1.2×0.461
=0.553kN/m2
(2)由永久载荷效应起控制作用时:
G2=rg×Gk
=1.35×0.461
=0.622kN/m2
6.采光顶坡面活荷载设计值计算:
Q:
采光顶坡面活载荷设计值(kN/m2)
rq:
活载荷分项系数为1.3
Qk:
采光顶坡面活载荷标准值为0.500kN/m2
Q=rq×Qk
=1.3×0.500
=0.650kN/m2
7.采光顶玻璃计算中最不利荷载组合确定:
计算采光顶玻璃和结构应力时的载荷组合(沿坡面分布)
根据<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2012规定(见第3章3.2节),计算载荷如下:
(在载荷组合中,雪载荷与活载荷二者只取较大者参与组合)
由以上计算可知:
S (1)由可变载荷效应控制的组合: 1)计算恒载荷+风载荷+活载荷组合: 计算荷载为恒载荷+风载荷+活载荷组合: W: 风载荷设计值1.400kN/m2 G1: 采光顶结构平均自重设计值为0.553kN/m2 Q: 活载荷设计值为0.650kN/m2 α: 采光顶坡面水平夹角为35.000° Zk1: 载荷组合之一(kN/m2) Zk1=[(G1+W)×1/cosα+0.7×Q]×cosα =[(0.553+1.400)×1/cos35.000°+0.7×0.650]×cos35.000° =2.326kN/m2 2)计算恒载荷+活载荷+风载荷组合: 计算荷载为恒载荷+活载荷+风载荷组合: W: 风载荷设计值1.400kN/m2 G1: 采光顶结构平均自重设计值为0.553kN/m2 Q: 活载荷设计值为0.650kN/m2 α: 采光顶坡面水平夹角为35.000° Zk2: 载荷组合之二(kN/m2) Zk2=[(G1+Q)×1/cosα+0.6×W]×cosα =[(0.553+0.650)×1/cos35.000°+0.6×1.400]×cos35.000° =1.891kN/m2 (2)由永久载荷效应控制的组合: 计算恒载荷+风载荷+活载荷组合: 计算荷载为恒载荷+风载荷+活载荷组合: W: 风载荷设计值1.400kN/m2 G2: 采光顶结构平均自重设计值为0.622kN/m2 Q: 活载荷设计值为0.650kN/m2 α: 采光顶坡面水平夹角为35.000° Zk3: 载荷组合之三(kN/m2) Zk3=[(G2+0.6×W)×1/cosα+0.7×Q]×cosα =[(0.622+0.6×1.400)×1/cos35.000°+0.7×0.650]×cos35.000° =1.835kN/m2 (3)设计荷载取上述组合中的最大者,即: 由可变载荷效应起控制作用时,恒载荷+风载荷+活载荷为最大载荷组合(载荷组合之一) Z1=MAX(Zk1,Zk2,Zk3) =MAX(2.326,1.891,1.835) =2.326kN/m2 二、玻璃的选用与校核 1.本处采用: 内夹层中空玻璃 玻璃种类为: 内片外层: 钢化玻璃,内片内层: 钢化玻璃,外片: 钢化玻璃 玻璃的重力密度为: 25.6(kN/m3) BT_LI: 内夹层中空玻璃内片内层玻璃厚度为: 6.000(mm) BT_LO: 内夹层中空玻璃内片外层玻璃厚度为: 6.000(mm) BT_W: 内夹层中空玻璃外片玻璃厚度为: 6.000(mm) 外片玻璃自重标准值: GAK1=25.6×BT_W/1000 =25.6×6.000/1000 =0.154kN/m2 内片玻璃自重标准值: GAK2=25.6×(BT_LI+BT_LO)/1000 =25.6×(6.000+6.000)/1000 =0.307kN/m2 2.玻璃验算荷载组合: Wk: 风载荷标准值1.000kN/m2 W: 风载荷设计值1.400kN/m2 Gbk: 玻璃平均自重标准值为0.461kN/m2 Gb1: 玻璃平均自重设计值为0.553kN/m2 Qk: 活载荷标准值为0.500kN/m2 Q: 活载荷设计值为0.650kN/m2 α: 采光顶坡面水平夹角为35.000° 计算由可变载荷效应起控制作用时,恒载荷+风载荷+活载荷为最大载荷组合 1)载荷标准值组合: Zbk=[(Gbk+Wk)×1/cosα+0.7×Qk]×cosα =[(0.461+1.000)×1/cos35.000°+0.7×0.500]×cos35.000° =1.748kN/m2 2)载荷设计值组合: Zb=[(Gb1+W)×1/cosα+0.7×Q]×cosα =[(0.553+1.400)×1/cos35.000°+0.7×0.650]×cos35.000° =2.326kN/m2 3.玻璃的强度计算: Zbk: 作用于玻璃平面的荷载标准值(kN/m2) σ: 荷载作用下玻璃截面的最大应力设计值(N/mm2) θ: 参数 η: 折减系数,可由参数θ按JGJ102-2003表6.1.2-2采用 表6.1.2-2折减系数η θ ≤5.0 10.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 η 1.00 0.96 0.92 0.84 0.78 0.73 0.68 θ 120.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 ≥400.0 η 0.65 0.61 0.57 0.54 0.52 0.51 0.50 a: 玻璃纵向边边长: 600.000mm b: 玻璃横向边边长: 600.000mm 四边简支玻璃简图: m: 玻璃板的弯矩系数 查JGJ102-2003表6.1.2-1,按边长比b/a=600.000/600.000=1.00,采用: 0.0422 表6.1.2-1四边支承玻璃板的弯矩系数m a/b 0.00 0.25 0.33 0.40 0.50 0.55 0.60 0.65 m 0.1250 0.1230 0.1180 0.1115 0.1000 0.0934 0.0868 0.0804 a/b 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 m 0.0742 0.0683 0.0628 0.0576 0.0528 0.0483 0.0442 玻璃内片夹层玻璃的等效厚度te2=(BT_LI3+BT_LO3)^(1/3) =(6.0003+6.0003)^(1/3) =7.560mm Zbk1: 分配到外侧玻璃的荷载标准值(kN/m2) Zbk2: 分配到内侧玻璃的荷载标准值(kN/m2) Zbk1=[(GAK1+1.1×Wk×BT_W3/(BT_W3+te23))×1/cosα+0.7×1.1×Qk×BT_W3/(BT_W3+te23)]×cosα =[(0.154+1.1×1.000×6.0003/(6.0003+7.5603))×1/cos35.000° +0.7×1.1×0.500×6.0003/(6.0003+7.5603)]×cos35.000° =0.625(kN/m2) Zbk2=[(GAK2+Wk×te23/(BT_W3+te23))×1/cosα+0.7×Qk×te23/(BT_W3+te23)]×cosα =[(0.307+1.000×7.5603/(6.0003+7.5603))×1/cos35.000° +0.7×0.500×7.5603/(6.0003+7.5603)]×cos35.000° =1.165(kN/m2) Zb1: 分配到外侧玻璃的荷载设计值(kN/m2) Zb2: 分配到内侧玻璃的荷载设计值(kN/m2) Zb1=[(1.2×GAK1+1.1×W×BT_W3/(BT_W3+te23))×1/cosα+0.7×1.1×Q×BT_W3/(BT_W3+te23)]×cosα =[(1.2×0.154+1.1×1.400×6.0003/(6.0003+7.5603))×1/cos35.000° +0.7×1.1×0.650×6.0003/(6.0003+7.5603)]×cos35.000° =0.834(kN/m2) Zb2=[(1.2×GAK2+W×te23/(BT_W3+te23))×1/cosα+0.7×Q×te23/(BT_W3+te23)]×cosα =[(1.2×0.307+1.400×7.5603/(6.0003+7.5603))×1/cos35.000° +0.7×0.650×7.5603/(6.0003+7.5603)]×cos35.000° =1.550(kN/m2) 折减计算系数θ=Zbk1×b4/(E×t4) =0.625×10^(-3)×600.0004/(0.72×105×6.0004) =0.9 η: 折减系数,按θ=0.9 查6.1.2-2表得: η=1.00 荷载作用下外片玻璃最大应力设计值σ=6×m×Zb1×b2×η/t2 =6×0.0422×0.834×10^(-3)×600.0002×1.00/6.0002 =2.112N/mm2 Zbk21: 分配到内片外层玻璃上的荷载组合标准值(kN/m2) Zbk21=Zbk2×BT_LO3/(BT_LI3+BT_LO3) =1.165×6.0003/(6.0003+6.0003) =0.583(kN/m2) 折减计算系数θ=Zbk21×b4/(E×t4) =0.583×10^(-3)×600.0004/(0.72×105×6.0004) =0.8 η: 折减系数,按θ=0.8 查6.1.2-2表得: η=1.00 Zbk22: 分配到内片内层玻璃上的荷载组合标准值(kN/m2) Zbk22=Zbk2×BT_LI3/(BT_LI3+BT_LO3) =1.165×6.0003/(6.0003+6.0003) =0.583(kN/m2) 折减计算系数θ=Zbk22×b4/(E×t4) =0.583×10^(-3)×600.0004/(0.72×105×6.0004) =0.8 η: 折减系数,按θ=0.8 查6.1.2-2表得: η=1.00 Zb21: 分配到内片外层玻璃上的荷载组合设计值(kN/m2) Zb21=Zb2×BT_LO3/(BT_LI3+BT_LO3) =1.550×6.0003/(6.0003+6.0003) =0.775(kN/m2) Zb22: 分配到内片内层玻璃上的荷载组合设计值(kN/m2) Zb22=Zb2×BT_LI3/(BT_LI3+BT_LO3) =1.550×6.0003/(6.0003+6.0003) =0.775(kN/m2) 荷载作用下内片外层玻璃最大应力设计值σ=6×m×Zb21×b2×η/t2 =6×0.0422×0.775×10^(-3)×600.0002×1.00/6.0002 =1.963N/mm2 荷载作用下内片内层玻璃最大应力设计值σ=6×m×Zb22×b2×η/t2 =6×0.0422×0.775×10^(-3)×600.0002×1.00/6.0002 =1.963N/mm2 外片玻璃最大应力设计值σ=2.112N/mm2<fg=84.000N/mm2(短期作用) 内片外层玻璃最大应力设计值σ=1.963N/mm2<fg=84.000N/mm2(短期作用) 内片内层玻璃最大应力设计值σ=1.963N/mm2<fg=84.000N/mm2(短期作用) 玻璃强度满足要求! 4.玻璃的挠度计算: df: 在风荷载标准值作用下挠度最大值(mm) D: 玻璃的刚度(N.mm) 玻璃内片夹层玻璃的等效厚度te2=(BT_LI3+BT_LO3)^(1/3) =(6.0003+6.0003)^(1/3) =7.560mm te: 内夹层中空玻璃等效厚度te=0.95×(te23+BT_W3)^(1/3) =0.95×(7.5603+6.0003)^(1/3) =8.221mm ν: 泊松比,按JGJ102-20035.2.9条采用,取值为0.20 表5.2.9材料的泊松比υ 材料 υ 材料 υ 玻璃 0.20 钢、不锈钢 0.30 铝合金 0.33 高强钢丝、钢绞线 0.30 μ: 挠度系数: 查JGJ102-2003表6.1.3,按边长比b/a=600.000/600.000=1.00,采用μ=0.00406 表6.1.3四边支承板的挠度系数μ a/b 0.00 0.20 0.25 0.33 0.50 μ 0.01302 0.01297 0.01282 0.01223 0.01013 a/b 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 μ 0.00940 0.00867 0.00796 0.00727 0.00663 a/b 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 μ 0.00603 0.00547 0.00496 0.00449 0.00406 θ=Zbk×b4/(E×te4) =1.748×10^(-3)×600.0004/(0.72×105×8.2214) =0.7 η: 折减系数,按θ=0.7 查JGJ102-2003表6.1.2-2得: η=1.00 D=(E×te3)/(12×(1-ν2)) =(0.72×105×8.2213)/(12×(1-0.202)) =3472368.81(N.mm) df=μ×Zbk×b4×η/D =0.00406×1.748×10^(-3)×600.0004×1.00/3472368.81 =0.265(mm) df/b<1/60 【玻璃的挠度满足! 】 钢结构计算书中荷载工况及分项、组合系数 恒荷载0.5kN/m2荷载工况0分项系数1.2组合系数1.0 活荷载0.5kN/m2荷载工况1分项系数1.3组合系数1.0 风荷载1.0kN/m2荷载工况2分项系数1.4组合系数1.0
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